CONSTRUCCIÓN DE UNA PILA QUÍMICA Bernardo García Osorio 100614020981, Isabela Yanza Insuasty 100614021010, Daniel Palma Rivera 102214011909 LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Nº 3 PROGRAMA INGENIERIA ELECTRONICA, FISICA UNIVERSIDAD DEL CAUCA 1. OBJETIVOS 1.1 Concluir el funcionamiento de una pila electroquímica. 1.2 Determinar la dependencia que existe entre los materiales utilizados y la diferencia de potencial que produce la pila. 2. INTRODUCCIÓN La construcción de una pila química, consiste en la conversión de la energía química en energía eléctrica. para realizar dicho experimento, algunos de los elementos necesarios fueron, jugos naturales (frutas ácidas), electrodos de diferentes materiales, multímetro. Para garantizar el mayor entendimiento es necesarios aclarar algunos conceptos, tales como: Pila Todas las pilas consisten en un electrolito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. Al conectar los electrodos al aparato que hay que alimentar, llamado carga, se produce una corriente eléctrica. Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía ha sido consumida, se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas en las que el producto químico puede ser reconstituido se llaman pilas secundarias o acumuladores. Energía química
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CONSTRUCCIÓN DE UNA PILA QUÍMICA
Bernardo García Osorio 100614020981, Isabela Yanza Insuasty 100614021010,
Daniel Palma Rivera 102214011909
LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Nº 3
PROGRAMA INGENIERIA ELECTRONICA, FISICA
UNIVERSIDAD DEL CAUCA
1. OBJETIVOS
1.1 Concluir el funcionamiento de una pila electroquímica.
1.2 Determinar la dependencia que existe entre los materiales utilizados y la diferencia de potencial que produce la pila.
2. INTRODUCCIÓN
La construcción de una pila química, consiste en la conversión de la energía química en energía eléctrica. para realizar dicho experimento, algunos de los elementos necesarios fueron, jugos naturales (frutas ácidas), electrodos de diferentes materiales, multímetro. Para garantizar el mayor entendimiento es necesarios aclarar algunos conceptos, tales como:
PilaTodas las pilas consisten en un electrolito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. Al conectar los electrodos al aparato que hay que alimentar, llamado carga, se produce una corriente eléctrica.Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía ha sido consumida, se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas en las que el producto químico puede ser reconstituido se llaman pilas secundarias o acumuladores.
Energía químicaLa energía es un recurso natural con distintos elementos asociados que permiten hacer una utilización industrial del mismo. El concepto refiere a la capacidad de poner en movimiento o transformar algo. La química, por su parte, hace referencia la composición, la estructura y las propiedades de la materia. El término también permite nombrar a la ciencia que estudia estos aspectos junto a las modificaciones que experimenta la materia durante las denominadas reacciones químicas. La energía química, por lo tanto, es aquella producida por reacciones químicas.
La energía eléctricaLa energía eléctrica es una fuente de energía renovable que se obtiene mediante el movimiento de cargas eléctricas (electrones positivos y negativos) que se produce en el interior de materiales conductores (por ejemplo, cables metálicos como el cobre).
El origen de la energía eléctrica está en las centrales de generación, determinadas por la fuente de energía que se utilice. Así, la energía eléctrica puede obtenerse de centrales solares, eólicas, hidroeléctricas, térmicas, nucleares y mediante la biomasa o quema de compuesto de la naturaleza como combustible.
ElectrodoEs un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón), etc.
ÁnodoSe denomina ánodo al electrodo positivo de una célula electrolítica hacia el que se dirigen los iones negativos dentro del electrolito, que por esto reciben el nombre de aniones. CátodoSe denomina cátodo al electrodo negativo de una célula electrolítica hacia el que se dirigen los iones positivos, que por esto reciben el nombre de cationes.
Conversión de la energíaTal y como postula el primer Principio de la Termodinámica, la energía no se crea ni se destruye, simplemente se transforma. La energía puede transformarse de una forma a otra, como por ejemplo de electricidad a calor o de calor a electricidad. Aunque el que pueda convertirse no significa que sea éste un proceso siempre fácil y tampoco que una de las conversiones será más costoso que la otra.
MultímetroUn multímetro, también denominado polímetro téster o multitéster , es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales(tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).
Conexión de pilas en serieLa conexión de pilas se lleva a cabo al unir el polo positivo de una con el polo negativo de otra y así sucesivamente de acuerdo con la FEM (fuerza electromotriz) que se desea obtener.
3. MONTAJE EXPERIMENTAL
Para esta práctica de laboratorio, se usaron los siguientes materiales:- Cubeta- Jugo de maracuyá- jugo de limón- jugo de lulo- Multímetro- Electrodos (cobre, zinc, aluminio, hierro, plomo y grafito)- Leds
● La práctica se inició usando el jugo de limón vaciandolo en la cubeta , se fueron usando los electrodos por pares logrando así todas las combinaciones posibles con los 6 electrodos.
en las siguientes imágenes se muestran algunas de las combinaciones usadas con el jugo de limón:
➢ En la imagen número 1 se puede apreciar el voltaje medido con el multímetro con los electrodos de grafito y cobre que fue de 0.186 voltios
IMAGEN 1
➢ En la imagen número 2 se puede apreciar el voltaje medido con el multímetro con los electrodos de hierro y plomo que fue de 0,37 voltios; el valor se observa negativo por lo que el hierro que era el material negativo fue tomado como positivo.
IMAGEN 2
➢ En la imagen número 3 se puede apreciar el voltaje medido con el multímetro con los electrodos de grafito y Zinc que fue de 1.86 voltios; además de esto se pudo observar que este par de electrodos fue el que obtuvo mayor voltaje.
IMAGEN 3
● Como segunda parte del laboratorio se usó el jugo de lulo con el cual se hizo el mismo procedimiento anterior; se vació el jugo en la cubeta y seguidamente se fueron midiendo los voltajes por cada par de electrodos.
A continuación se mostrarán algunas imágenes que representan lo realizado.
➢ En la imagen número 4 se puede apreciar el voltaje medido con el multímetro con los electrodos de grafito y cobre que fue de 0.168 voltios.
IMAGEN 4
➢ En la imagen número 5 se puede apreciar el voltaje medido con el multímetro con los electrodos de cobre e hierro que fue de 0,37 voltios; el valor se observa negativo por lo que el hierro que era el material negativo fue tomado como positivo.
IMAGEN 5
➢ En la imagen número 6 se puede apreciar el voltaje medido con el multímetro con los electrodos de Zinc y plomo que fue de 0,501 voltios; el valor se observa negativo por lo que el zinc que era el material negativo fue tomado como positivo.
IMAGEN 6
● Como tercera parte del laboratorio se usó el jugo de maracuyá con el cual se hizo el mismo procedimiento anterior; se vació el jugo en la cubeta y seguidamente se fueron midiendo los voltajes por cada par de electrodos.
A continuación se observará mediante imágenes algunos de los voltajes obtenidos con algunos de los pares de electrodos.
➢ En la imagen número 7 se puede apreciar el voltaje medido con el multímetro con los electrodos de grafito y plomo que fue de 0,58 voltios.
IMAGEN 7
➢ En la imagen número 8 se puede apreciar el voltaje medido con el multímetro con los electrodos de Grafito y cobre que fue de 0,164 voltios; el valor se observa negativo por lo que el cobre que era el material negativo fue tomado como positivo.
IMAGEN 8
➢ En la imagen número 9 se puede apreciar el voltaje medido con el multímetro con los electrodos de Zinc y Grafito que fue de 0,501 voltios; el valor se observa negativo por lo que el zinc que era el material negativo fue tomado como positivo.
IMAGEN 9
● Posteriormente se hizo la mezcla de los jugos 1 y 2, es decir, el jugo de limón y el de lulo; se usaron las combinaciones de los electrodos por pares y se midieron los voltajes de cada par.
● Como cuarto paso se realizó la mezcla de los jugos 2 y 3, es decir, el jugo de lulo y el jugo de maracuyá; se usaron las combinaciones de los electrodos por pares y se midieron los voltajes de cada par.
● Como quinto paso se realizó la mezcla de los jugos 1 y 3, es decir, el jugo de limón y el jugo de maracuyá; se usaron las combinaciones de los electrodos por pares y se midieron los voltajes de cada par.
● Como último paso, se utilizó el led con el jugo de limón, se usó este jugo porque fue con el que más voltaje se obtuvo para que así se lograr que el led prendiera. se
hicieron varias pruebas pero el led no encendía; se usaron los electrodos de zinc y grafito que como se mencionó antes fueron los materiales que más voltaje produjeron, aun así el led no enciende y se tuvo que hacer un circuito el cual fue realizado en unión con otro grupo porque se carecía de materiales; el circuito constó de 2 pares de electrodos, dos de grafito y dos de zinc; se conectó el circuito en serie y como se puede ver en la siguiente imagen (IMAGEN 10), el led encendió.
IMAGEN 10
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En el transcurso del montaje experimental, las mediciones de voltajes entre cada pareja de electrodos para cada jugo y cada combinación de jugos, arrojó diferentes resultados, cuya variación parecía depender más de la pareja de electrodos que del jugo utilizado.
En la siguiente tabla podemos observar dichos voltajes:
Tabla 1: Voltajes por tipo de electrolito y parejas de electrodos.
Como se puede observar en la anterior tabla, durante el proceso se generaron corrientes y voltajes muy pequeños. Estos valores dependen de la acidez de los jugos y de los metales usados.El mayor voltaje se obtuvo cuando se usó el jugo de limón con la pareja de electrodos Grafito-Zinc, su valor fue de 1,168 V.
El electrolito es una sustancia conductora, es decir que contiene iones libres, generalmente ácidos, bases o sales. Teniendo en cuenta esto, se aclara la razón por la cual se aprovechó la acidez de ciertas frutas para usar sus jugos como electrolitos. Diferentes metales fueron usados como electrodos, y según sus propiedades químicas, uno de ellos hizo el papel de ánodo y el otro de cátodo.
En el momento en el cual se introdujeron los electrodos en el electrolito, uno de ellos actuó como ánodo, es decir que se produjo una reacción de oxidación, en la cual el material perdió electrones; el otro actuó como cátodo es decir, que se produjo una reacción de reducción, en la cual el material ganó electrones. Esta reacción química entre los electrodos y el jugo es lo que produce un voltaje (que puede ser relacionado con la fuerza electromotriz) que impulsa los electrones. Gracias a esta transferencia de electrones entre los electrodos a través del jugo, se produce una corriente eléctrica.
Para el objetivo adicional del laboratorio, que consistía en encender un LED usando las pilas químicas, se hizo necesario llevar a la práctica el manejo otros conceptos como el de la conexión de baterías en serie o en paralelo. En una conexión en serie los voltajes de las fuentes se suman, por lo tanto se usó esta conexión para obtener un voltaje mayor que permitiera encender el led. En la siguiente figura se observa el circuito equivalente que se obtiene al conectar dos fuentes en serie.
5. CONCLUSIONES
5.1 La pila química es un gran ejemplo de la conversión de la energía (en este caso, energía química en energía eléctrica). Se pudo notar que el jugo el cual estaba compuesto solamente con extracto de limón, fue el que nos arrojó mayor voltaje (específicamente con electrodos de grafito y zinc), pero dicho voltaje no fue suficiente para encender la bombilla, para lo que fue necesario unirnos a otro grupo y conectar nuestras pilas de mayor voltaje, en serie y así obtener una FEM de 1.41voltios aproximadamente, lo mínimo para encender levemente dicha bombilla, que era nuestro objetivo.
5.2 Finalmente se puede decir que el jugo que se usó fue el de limón, ya que con este se obtuvo un mayor voltaje, este jugo causa una reacción electroquímica mediada por el ácido del limón que genera una pequeña cantidad de corriente eléctrica que al ser usada con los dos pares electrodos de zinc y grafito en un circuito en serie pudo lograr que se encendiera el led .
5.3 Durante este laboratorio se comprobó como las reacciones químicas son la base de funcionamiento de las pilas. Con el análisis de resultados y un poco de investigación, se logró identificar el papel que cumplió cada elemento dentro de este experimento (electrodos como ánodo y cátodo y el jugo como electrolito). El intercambio de electrones de dicho proceso fue el resultado de estas dos reacciones químicas: la oxidación y la reducción. En la medición se obtuvieron valores de voltajes muy pequeños, la mayoría de ellos no superaron 1 Voltio, lo cual no fue suficiente para lograr encender el Led que se nos fue asignado. Debido a lo anterior se tuvo que usar una pila química adicional y conectarla en serie con la primera, de forma que sus tensiones se sumarán para producir una tensión resultante suficiente para lograr encender el Led.
